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植物体细胞胚胎发生是针叶树规模化、同步化繁殖的重要途径,也是植物细胞全能性研究的理想模式系统,在林木的大量繁殖、种质保存、品种改良、遗传转化等诸多领域中均具有重大意义和应用价值。MicroRNA(miRNA)是一类长度约为22个核苷酸的内源单链非编码RNA,主要通过切割靶mRNA或抑制靶mRNA翻译,来调控个体生长发育并影响其生理过程,是一种新的基因调控方式。利用现有稳定高效的落叶松体细胞胚胎发生体系,深入研究体细胞胚胎发生机理,阐明关键因子和关键基因如何影响调控植物体细胞胚胎的发生和发育,不仅可以解决生产和科学研究中的瓶颈,也对揭示体细胞胚胎发生这一特定细胞分化途径的本质具有极其重要的意义。利用本实验室已建立的稳定高效体细胞胚胎发生体系的杂种无性系胚性细胞系Y214为材料,通过植物microRNA芯片,发现与揭示落叶松体细胞胚胎发生过程中micorRNAs的表达,并且对microRNAs靶基因克隆、microRNAs表达的细胞水平分析方法进行探索。主要结果如下。: (1)分析了落叶松体细胞胚胎形成过程中的各种形态变化,本研究分为早期单胚、中期单胚、后期单胚、早期子叶胚、中期子叶胚、晚期子叶胚,并根据发育形态找到了发育变化过程中的关键时期。 (2)成功提取了落叶松体细胞胚胎发育过程中的几个关键时期的胚性组织的总 RNA,对6个不同时期材料的小片段RNA进行芯片杂交实验,芯片质控报告结果表明芯片杂交成功,通过对芯片结果的分析发现在落叶松中存在大量已知序列miRNAs,表明miRNAs在物种进化中是保守的; (3)通过对miRNAs表达差异的分析,发现在成熟胚胎和原胚组织中,存在表达有明显差异的miRNAs,而且这些miRNAs呈现出家族式变化,在原胚中miR159和miR166两个家族表达量低,而miR156、miR164miR171表达量很高;与此相反,在成熟体细胞胚胎中,几乎没有miR164和miR171的表达,而miR159和miR166的表达量却是远远高于原胚阶段的组织。 (4)聚类分析表明,在发育的不同时期,miR159和miR166表达呈现上升趋势,而miR156、miR164和miR171的表达呈下降趋势,与差异性分析的结果基本吻合;通过对原胚和诱导6小时的胚性组织重复杂交实验,芯片的重复性好。 (5)进一步进行了克隆miRNAs靶基因的研究,利用miRNAs的序列设计引物在植物中是可行的,通过miRNAs的序列来分析基因组完全可以获得这些miRNAs可能作用的靶基因信息;通过分析同源片段设计简并引物的方法能够扩增出目的片段; (6)进行了利用原位杂交的方法分析miRNAs及其靶基因的表达和落叶松组织切片的制备,本实验可见到落叶松的成熟体细胞胚胎细胞结构,但是在胚性组织中很难看到成型的细胞。研究表明如何制备较好的组织切片是需要突破的瓶颈;其次,miRNAs的表达量相对较小,如何能够将这些小的信息放大是个需要解决的难点;而通过miRNA的反义片段研究靶基因的表达情况则因为探针片段太短,能否获得特异性的结果存在疑问。 所有结果表明在落叶松体细胞胚胎发生过程中,miRNAs的表达存在变化,揭示了miRNAs在植物发育过程中的起到了关键作用,为后续进行优良品种的繁育提供了科学依据。